Máy đánh dấu đường cong bán dẫn: 4 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

LỜI CHÀO HỎI!

Kiến thức về các đặc tính hoạt động của bất kỳ thiết bị nào là điều cần thiết để có được cái nhìn sâu sắc về nó. Dự án này sẽ giúp bạn vẽ các đường cong của điốt, bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực loại NPN và MOSFET loại n trên máy tính xách tay của bạn, tại nhà!

Đối với những người chưa biết đường cong đặc tính là gì: đường cong đặc tính là đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa dòng điện qua và hiệu điện thế qua hai đầu của thiết bị. Đối với thiết bị đầu cuối 3, đồ thị này được vẽ cho một tham số khác nhau của thiết bị đầu cuối thứ ba. Đối với 2 thiết bị đầu cuối như điốt, điện trở, đèn LED, v.v., đặc tính thể hiện mối quan hệ giữa điện áp trên các đầu cực của thiết bị và dòng điện chạy qua thiết bị. Đối với thiết bị 3 đầu cuối, trong đó đầu cuối thứ 3 hoạt động như một chân điều khiển hoặc các loại, mối quan hệ điện áp-dòng điện cũng phụ thuộc vào trạng thái của đầu cuối thứ 3 và do đó các đặc tính cũng sẽ phải bao gồm điều đó.

Máy đánh dấu đường cong bán dẫn là một thiết bị tự động hóa quá trình vẽ đường cong cho các thiết bị như điốt, BJT, MOSFET. Máy dò đường cong chuyên dụng thường đắt tiền và không hợp túi tiền của những người đam mê. Một thiết bị dễ vận hành có khả năng đạt được các đặc tính I-V của các thiết bị điện tử cơ bản sẽ rất có lợi, đặc biệt là đối với sinh viên, những người có sở thích nghiên cứu về điện tử.

Để làm cho dự án này trở thành một khóa học cơ bản về Điện tử và các khái niệm như op amps, PWM, máy bơm sạc, bộ điều chỉnh điện áp, một số mã hóa trên bất kỳ bộ vi điều khiển nào sẽ được yêu cầu. Nếu bạn có những kỹ năng này, Xin chúc mừng, bạn rất giỏi để đi !!

Đối với các tài liệu tham khảo về các chủ đề trên, một số liên kết tôi thấy hữu ích:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

www.electronicdesign.com/power/charge-pump-…

www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_1….

Bước 1: Tìm hiểu phần cứng

Thiết bị đánh dấu sẽ được cắm vào máy tính xách tay và DUT (thiết bị đang được thử nghiệm) vào các khe cắm được cung cấp trong bảng. Sau đó, đường cong đặc trưng sẽ được hiển thị trên máy tính xách tay.

Tôi đã sử dụng MSP430G2553 làm bộ vi điều khiển của mình nhưng một khi bạn hiểu cách tiếp cận thiết kế, bạn có thể sử dụng bất kỳ bộ điều khiển nào.

Để làm điều này, phương pháp đã cho đã được tuân theo.

● Để có được các giá trị của dòng điện thiết bị ở các giá trị khác nhau của điện áp thiết bị, chúng ta cần một tín hiệu tăng dần (giống như tín hiệu Ramp). Để có đủ số điểm để vẽ đường cong, chúng tôi chọn thăm dò thiết bị cho 100 giá trị khác nhau của điện áp thiết bị. Vì vậy, chúng ta cần một tín hiệu đoạn đường nối 7-bit cho tương tự. Điều này thu được bằng cách tạo PWM và đưa nó qua bộ lọc thông thấp.

● Vì chúng ta cần vẽ biểu đồ các đặc tính của thiết bị ở các giá trị khác nhau của dòng điện cơ bản trong BJT và các giá trị khác nhau của điện áp cổng trong trường hợp MOSFET, chúng ta cần một tín hiệu cầu thang được tạo ra cùng với tín hiệu đường nối. Giới hạn khả năng của hệ thống, chúng tôi chọn để vẽ 8 đường cong cho các giá trị khác nhau của dòng điện cơ bản / điện áp cổng. Vì vậy, chúng ta cần một dạng sóng cầu thang 8 cấp hoặc 3 bit. Điều này thu được bằng cách tạo PWM và đưa nó qua bộ lọc thông thấp.

● Điểm quan trọng cần lưu ý ở đây là chúng ta cần lặp lại toàn bộ tín hiệu đoạn đường nối cho mỗi bước trong tín hiệu cầu thang 8 cấp, do đó tần số của tín hiệu đoạn đường nối phải nhiều hơn chính xác 8 lần so với tín hiệu cầu thang và chúng phải là thời gian. đồng bộ. Điều này đạt được trong quá trình mã hóa thế hệ PWM.

● Bộ thu / thoát / cực dương của DUT được thăm dò để thu tín hiệu được đưa dưới dạng trục X vào máy hiện sóng / vào ADC của vi điều khiển sau mạch phân áp.

● Một điện trở cảm nhận dòng điện được đặt nối tiếp với DUT, theo sau là một bộ khuếch đại vi sai để thu được tín hiệu có thể được đưa vào máy hiện sóng dưới dạng Y-Axis / vào ADC của vi điều khiển sau mạch phân áp.

● Sau đó, ADC chuyển các giá trị vào các thanh ghi UART để truyền đến thiết bị PC và các giá trị này được vẽ bằng một tập lệnh python.

Bây giờ bạn có thể tiến hành tạo mạch của mình.

Bước 2: Chế tạo phần cứng

Bước tiếp theo và rất quan trọng thực sự là chế tạo phần cứng.

Vì phần cứng phức tạp, tôi đề nghị chế tạo PCB. Nhưng nếu bạn có can đảm, bạn cũng có thể sử dụng breadboard.

Bo mạch có nguồn cung cấp 5V, 3.3V cho MSP, + 12V và -12V cho op amp. 3.3V và +/- 12V được tạo ra từ 5V bằng cách sử dụng bộ điều chỉnh LM1117 và XL6009 (mô-đun của nó có sẵn, tôi đã làm nó từ các thành phần rời rạc) và một máy bơm sạc tương ứng.

Dữ liệu từ UART sang USB cần có thiết bị chuyển đổi. Tôi đã sử dụng CH340G.

Bước tiếp theo sẽ là tạo các tệp Sơ đồ và Bảng. Tôi đã sử dụng EAGLE CAD làm công cụ của mình.

Các tệp được tải lên để bạn tham khảo.

Bước 3: Viết mã

Tạo ra phần cứng? Đã kiểm tra phân cực điện áp ở tất cả các điểm?

Nếu có, hãy viết mã ngay bây giờ!

Tôi đã sử dụng CCS để mã hóa MSP của mình, vì tôi cảm thấy thoải mái với những nền tảng này.

Để hiển thị biểu đồ, tôi đã sử dụng Python làm nền tảng của mình.

Các thiết bị ngoại vi vi điều khiển được sử dụng là:

· Timer_A (16 bit) trong chế độ so sánh để tạo PWM.

· ADC10 (10 bit) đến các giá trị đầu vào.

· UART để truyền dữ liệu.

Các tệp mã được cung cấp để thuận tiện cho bạn.

Bước 4: Làm thế nào để sử dụng nó?

Xin chúc mừng! Tất cả những gì còn lại là hoạt động của chất đánh dấu.

Trong trường hợp của một thiết bị đánh dấu đường cong mới, sẽ phải đặt nồi cắt 50k ohms của nó.

Điều này có thể được thực hiện bằng cách thay đổi vị trí chiết áp và quan sát đồ thị của IC-VCE của BJT. Vị trí tại đó đường cong thấp nhất (đối với IB = 0) sẽ căn với Trục X, đây sẽ là vị trí chính xác của chậu cắt.

· Cắm Thiết bị theo dõi đường cong bán dẫn vào cổng USB của PC. Đèn LED màu đỏ sẽ sáng, cho biết bo mạch đã được cấp nguồn.

· Nếu đó là thiết bị BJT / diode có đường cong được vẽ, không kết nối jumper JP1. Nhưng nếu đó là MOSFET, hãy kết nối tiêu đề.

· Đi tới dấu nhắc lệnh

· Chạy tập lệnh python

· Nhập số đầu cuối của DUT.

· Chờ khi chương trình chạy.

· Đồ thị đã được vẽ.

Chúc bạn làm vui vẻ!